KR101338746B1 - Ｃｖｄ 장치 - Google Patents

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KR101338746B1
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성명석
박찬영
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엘지이노텍 주식회사
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    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
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Abstract

발명의 실시예에 따른 CVD 장치는 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하며 하부 패널을 갖는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 결합되어 상기 기판 상으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 기판을 지지하고 가열하기 위하여 상기 공정 챔버 내에 배치되며 평판 형태를 갖는 히터; 상기 히터의 중앙 부위를 지지하는 서포트 부재; 및, 상기 히터의 가장자리 부위들에 결합되어 상기 히터의 가장자리 부위들을 수직 방향으로 지지하며 상기 하부 패널 상에서 수직 방향으로 운동하는 다수의 운동봉을 포함한다.

Description

ＣＶＤ 장치{CVD APPARATUS}
본 발명은 CVD(Chemical Vapor Deposition:화학적 기상 증착) 장치에 관한 것이다. 특히, 대면적 기판의 형성에 사용되는 CVD 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마 처리장치는 막을 형성 혹은 제거하거나 피처리체의 표면을 재형성하는데 이용된다. 특히, 규소나 유리기판 같은 반도체 웨이퍼 상에 (플라즈마 CVD에 의한) 박막을 형성하거나 박막을 에칭하는 것은 메모리, CPU 등의 반도체 장치 또는 LCD(액정표시장치)를 제조하는데 핵심적인 기술이다.
종래, CVD 장치는 산화규소(SiO), 질화규소(SiN), 탄화규소(SiC) 및 산소탄화규소(SiOC)와 같은 절연막, 규화텅스텐(WSi), 질화티타늄(TiN) 및 알루미늄 합금과 같은 고유전체막이 형성된 규소기판 또는 유리기판을 형성하는데 이용되어 왔다.
이러한 막을 형성하기 위하여, 다양한 성분을 갖는 복합 반응가스가 반응챔버로 유입된다. 플라즈마 CVD 장치에서, 이러한 반응가스는 고주파 에너지에 의해 플라즈마로 여기되고 기판 상에 화학반응을 유발함으로써 원하는 박막을 형성한다.
상기와 같은 기판 처리 공정들을 수행하기 위한 장치는 상기 기판을 지지하고 소정의 공정 온도로 가열하기 위하여 평판 형태를 갖는 히터를 포함할 수 있다. 상기 히터는 공정 챔버 내에 배치될 수 있으며, 상기 히터의 중앙 부위가 서포트 부재에 의해 지지될 수 있다.
한편, 최근 상기 처리 장치의 쓰루풋(throughput)을 향상시키기 위하여 대면적의 기판을 이용하거나 다수의 기판들을 동시에 처리하는 방법이 개발되고 있다. 이 경우, 상기 히터의 크기가 증가될 수 있으며 이에 따라 상기히터의 열변형이 발생될 수 있다. 특히, 상기 히터의 가장자리 부위들에서 처짐이 발생될 수 있으며, 이에 따라 박막 두께 또는 패턴 선폭의 불균일 등과 같은 공정 불량이 발생될 수 있다.
상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들은 히터의 열변형에 의해 발생될 수 있는 문제점들을 감소시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
발명의 실시예에 따른 CVD 장치는 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하며 하부 패널을 갖는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 결합되어 상기 기판 상으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 기판을 지지하고 가열하기 위하여 상기 공정 챔버 내에 배치되며 평판 형태를 갖는 히터; 상기 히터의 중앙 부위를 지지하는 서포트 부재; 및, 상기 히터의 가장자리 부위들에 결합되어 상기 히터의 가장자리 부위들을 수직 방향으로 지지하며 상기 하부 패널 상에서 수직 방향으로 운동하는 다수의 운동봉을 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 히터의 가장자리 부위들은 운동봉에 의해 수직 방향으로 지지될 수 있으므로, 히터의 가장자리 부위에서의 처짐 현상이 개선될 수 있다.
또한 상기 운동봉이 기판을 기울이므로, 상기 기판으로의 열전달 및 상기 기판을 처리하기 위한 공정 가스 또는 플라즈마 공급이 균일하게 이루어질 수 있다. 결과적으로, 상기 히터를 포함하는 기판 처리 장치의 성능 및 공정 불량이 개선될 수 있다.
그리고, 상기 샤워 헤드가 수평 방향으로 이동함으로써, 원하는 영역에 프라즈마 공급이 이루어질 수 있어, 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CVD 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 운동봉을 설명하기 위한 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CVD 장치의 동작을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성요소의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CVD 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 운동봉을 설명하기 위한 확대 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(100)는 반도체 장치의 제조를 위한 반도체 웨이퍼, 평판 디스플레이 장치의 제조를 위한 유리 기판, 태양전지 제조를 위한 실리콘 기판 등 다양한 종류의 기판들(10)에 대하여 소정의 처리 공정을 수행하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 박막의 형성을 위한 PECVD 공정 또는 박막의 식각을 위한 RIE 공정 등이 바람직하게 수행될 수 있다. 특히, 대면적 기판(10) 또는 트레이에 수납된 다수의 기판들에 대하여 상기 처리 공정을 수행하기 위하여 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 기판 처리 장치(100)는 상기 처리 공정이 수행되는 밀폐 공간을 제공하는 공정 챔버(110)와, 상기 공정 챔버(110) 내에서 적어도 하나의 기판(10), 예를 들면, 대면적 기판(10) 또는 다수의 기판들이 수납된 트레이를 지지하고 가열하는 히터(120), 상기 기판(10)의 처리를 위한 공정 가스를 공급하는 가스 공급부(130) 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기판 처리 장치(100)는 상기 공정 챔버(110)와 연결되어 상기 공정 챔버(110)의 내부 압력을 조절하기 위한 압력 조절부(136) 및 상기 가스 공급부(130)와 연결되어 상기 공정 가스를 제공하는 가스 소스(138)를 더 포함할 수 있다. 일반적으로, 상기 처리 공정은 진공 상태에서 수행되므로 상기 압력 조절부(136)는 진공 펌프, 압력 센서, 다수의 밸브 등을 포함할 수 있으며, 상기 가스 소스(138)는 상기 공정 가스가 저장된 용기, 유량 센서, 유량 제어 밸브 등을 포함할 수 있다. 특히, 상기 공정 가스로는 상기 박막을 형성하기 위한 소스 가스들, 상기 박막을 식각하기 위한 반응 가스들, 상기 소스 가스들 또는 반응 가스들을 운반하기 위한 캐리어 가스, 상기 공정 챔버(110) 내에서 플라즈마를 점화시키기 위한 플라즈마 점화용 가스, 상기 공정 챔버(110) 내부의 압력 조절 및 퍼지 기능을 수행하는 불활성 가스, 등을 포함할 수 있다.
상기 공정 챔버(110)는 개방된 상부 구조를 가질 수 있으며, 상기 가스 공급부(130)는 상기 개방된 상부를 커버하는 형태를 가질 수 있다. 특히, 상기 가스 공급부(130)는 상부 패널(132)과 샤워 헤드(134)를 포함할 수 있으며, 상기 공정 가스는 상기 상부 패널(132)과 샤워 헤드(134) 사이로 먼저 공급된 후 상기 샤워 헤드(134)의 가스홀들을 통해 상기 기판(10) 상으로 공급될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이 상기 상부 패널(132)에는 플라즈마 형성을 위한 고주파 전원이 연결될 수도 있다. 그러나, 상기 고주파 전원은 선택적인 것이므로 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않을 것이다.
상기 샤워 헤드(134)는 이동부재(135)를 통해 상부 패널(132)과 연결되도록 형성될 수 있으며, 가스를 챔버 내에 균일하게 분사하는 방법이 아닌 강한 압력을 통해 기판(10)에 직접적으로 분사하는 방법으로 층을 증착한다. 상기 이동부재(135)는 상기 샤워 헤드(134)를 이동시키는 역할을 수행한다.
상기 공정 챔버(110)의 측벽에는, 상세히 도시되지는 않았으나, 상기 기판(10)의 로드 및 언로드를 위한 슬릿 형태의 개구(112)와 상기 개구(112)를 개폐하기 위한 슬릿 밸브(미도시)가 구비될 수 있으며, 내측면 상에는 상기 처리 공정이 수행되는 동안 플라즈마 상태의 공정 가스에 의한 손상을 방지하기 위한 라이너(미도시)가 배치될 수 있다.
상기 히터(120)는 대면적 기판(10) 또는 다수의 기판들을 지지할 수 있으며, 상기 기판(10)의 형태에 따라 원형 또는 사각의 평판 형태를 가질 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 상기 히터(120)의 내부에는 상기 기판(10)을 가열하기 위하여 열을 발생시키는 가열 부재가 배치될 수 있다. 예를 들면, 상기 히터(120)에는 전기저항 열선이 내장될 수 있다.
상기 공정 챔버(110)는 하부 패널(114)을 가질 수 있으며, 상기 히터(120)는 서포트 부재(122)에 의해 상기 공정 챔버(110)의 내부에서 수평 방향으로 유지될 수 있다. 특히, 상기 서포트 부재(122)는 상기 히터(120)의 중앙 부위를 지지할 수 있다. 도시된 바에 의하면, 상기 서포트 부재(122)가 상기 하부 패널(114)을 관통하고 있으나, 상기 서포트 부재(122)의 구성은 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있을 것이다.
상기와 같이 히터(120)의 중앙 부위가 상기 서포트 부재(122)에 의해 지지되므로 상기 히터(120)의 가장자리 부위들에서 처짐이 발생될 수 있다. 특히, 상기 기판(10)을 처리하기 위하여 상기 히터(120)의 온도가 상승되는 경우 상기 히터(120)의 가장자리 부위들에서 처짐량은 크게 증가될 수 있다.
발명의 일 실시예에 따르면, 상기 기판 처리 장치(100)는 상기 히터(120)의 가장자리 부위들에 결합되어 상기 히터(120)의 가장자리 부위들을 수직 방향으로 지지하며 상기 하부 패널(114) 상에서 수평 방향으로 슬라이드 가능하도록 구성된 다수의 운동봉들(140)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 운동봉들(140)에 의해 상기 히터(120)의 가장자리 부위들이 수직 방향으로 지지되며, 또한 상기 운동봉들(140)에 의해 상기 히터(120)의 수평 방향 열변형이 자유롭게 되므로 상기 히터(120)의 가장자리 부위들에서 발생되는 처짐 현상은 크게 개선될 수 있다.
각각의 운동봉(140)는 상기 히터(120)의 가장자리 부위에 결합되어 하방으로 연장하는 몸체와 상기 몸체의 하부에 장착되어 상기 몸체의 수평 방향 슬라이드가 가능하도록 하는 슬라이드 부재(150)를 포함할 수 있다.
특히, 발명의 실시예에 따르면, 상기 몸체로서 유압 또는 공압 실린더의 실린더 튜브(142)가 사용될 수 있다. 이 경우, 각각의 운동봉(140)는 상기 히터(120)의 가장자리 부위에 결합되어 하방으로 연장하는 실린더 튜브(142)와, 상기 히터(120)를 관통하여 수직 방향으로 이동 가능하며 상기 히터(120)에 대하여 상기 기판(10)의 로드 및 언로드 동작을 수행하기 위한 리프트 핀(144)과, 상기 실린더 튜브(142) 내에 배치되어 공압 또는 유압에 의해 수직 방향으로 이동 가능하며 상기 리프트 핀(144)과 연결된 피스톤(146)과, 상기 실린더 튜브(142)의 하부에 장착되어 상기 실린더 튜브(142)의 수평 방향 슬라이드가 가능하도록 하는 슬라이드 부재(150)를 포함할 수 있다.
상기 실린더 튜브(142)는 상기 히터(120)의 가장자리 부위를 수직 방향으로 지지할 수 있으며, 상기 슬라이드 부재(150)에 의해 수평 방향으로 자유롭게 이동이 가능하다. 즉, 상기 히터(120)의 열변형에 의한 처짐 현상을 충분히 감소시킬 수 있다.
상기 리프트 핀(144)은 실린더 튜브(142) 내에 배치되는 피스톤(146)에 연결되어 있으며 또한 상기 피스톤(146)의 수직 방향 운동에 의해 상기 히터(120)를 관통하여 수직 방향으로 이동할 수 있다. 즉, 상기 리프트 핀(144)은 상기 히터(120)의 열팽창에 의해 상기 실린더 튜브(142)와 함께 수평 방향으로 이동할 수 있으며, 이에 따라 상기 기판(10)의 로드 및 언로드 동작들에서 상기 리프트 핀(144)의 운동이 상기 히터(120)의 열팽창과는 상관없이 자유롭게 수행될 수 있다.
상기 피스톤(146)과 리프트 핀(144)은 공압 또는 유압에 의해 수직 방향으로 이동될 수 있다. 이를 위하여 상기 실린더 튜브(142)에는 공압 또는 유압을 제공하기 위한 배관들(148A, 148B)이 연결될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 배관들(148A, 148B)이 상기 피스톤(146)의 상부 및 하부 공간들에 각각 연결될 수 있으며, 도시된 바와 같이 상기 제2 배관(148B)은 피스톤(146)의 상부 공간과 연통하며 상기 실린더 튜브(142)의 측벽을 통해 연장하는 연결 통로(142A)와 연결될 수 있다. 그러나, 상기 제1 및 제2 배관들(148A, 148B)의 연결 방법은 다양하게 변경될 수 있으며, 단순히 배관 연결 방법에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않을 것이다.
상기와는 다르게, 도시되지는 않았으나, 상기 피스톤(146)의 상부 공간에는 코일 스프링(미도시)이 배치될 수 있으며, 상기 피스톤(146)의 하부 공간에는 공압 또는 유압을 제공하기 위한 배관이 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 피스톤(146)과 리프트 핀(144)은 상기 공압 또는 유압에 의해 상승할 수 있으며, 상기 코일 스프링에 의해 하강할 수 있다.
한편, 상기 히터(120)는 플라즈마 형성을 위하여 전기적으로 접지되거나 고주파 전원에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 실린더 튜브(142)는 상기 히터(120)와 전기적으로 절연되는 것이 바람직하며, 이를 위하여 상기 히터(120)와 실린더 튜브(142) 사이에는 절연체(160)가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 실린더 튜브(142)와 상기 슬라이드 부재(150) 사이에는 스프링, 예를 들면, 코일 스프링이 배치될 수 있다. 상기 스프링은 상기 히터(120)의 가장자리 부위를 수직 방향으로 지지하는 기능과 상기 실린더 튜브(142)의 수평 방향 이동과 관련하여 다소의 유동성을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 즉, 상기 스프링에 의해 상기 히터(120)의 가장자리 부위의 수직 방향 지지와 수평 방향 열팽창이 보다 안정적으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 스프링은 상기 실린더 튜브(142)와 슬라이드 부재(150)의 상부 플레이트 사이에 장착될 수 있다.
상기 하부 패널(114)에는 상기 운동봉들(140)이 삽입되는 다수의 홈들(116)이 형성될 수 있다. 이는 상기 운동봉들(140)이 상기 홈들(116)에 수용되도록 함으로써 상기 공정 챔버(110)의 크기를 감소시키기 위함이다. 이 경우 상기 운동봉들(140)은 상기 홈들(116) 내에서 수평 방향으로 이동할 수 있으며, 이를 위하여 상기 홈들(116)은 상기 운동봉들(140)보다 넓은 폭과 평탄한 저면을 각각 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 운동봉들(140)과 상기 홈들(116) 사이로 파티클들이 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 운동봉들(140)을 감싸는 커버들(164)이 구비될 수 있다.
상기 커버들(164)은 도시된 바와 같이 링 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 커버들(164)은 상기 하부 패널(114) 상에 단순히 놓여질 수도 있으며, 이와 다르게 상기 하부 패널(114)에 고정될 수도 있다. 상기 커버들(164)이 상기 하부 패널(114) 상에 고정되는 경우 상기 운동봉들(140)의 수평 방향 이동을 위하여 상기 커버들(164)은 유연한 재질로 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CVD 장치의 동작을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도시된 바와 같이, 상기 기판(10)은 하부에 접하는 운동봉(140)에 의해 수직방향으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 제1 운동봉(140a)이 수직방향으로 상승하면, 제4 운동봉(140d)이 수직방향으로 하강할 수 있다. 이때 제2 및 제3 운동봉(140b, 140c)은 일정한 높이로 유지될 수 있으며, 상호 동일한 폭으로 상승 또는 하강할 수 있다.
그리고 제2 운동봉(140b)이 수직방향으로 상승하면, 제3 운동봉(140c)이 수직방향으로 하강할 수 있다. 이때 제1 및 제4 운동봉(140a, 140d)은 일정한 높이로 유지될 수 있으며, 상호 동일한 폭으로 상승 또는 하강할 수 있다.
이러한 동작이 제1 운동봉(140a) 내지 제4 운동봉(140d)을 통해 순차적으로 이루어지면 기판이 다양한 각도로 기울어지므로, 기판(10) 상에 증착되는 박막의 균일도가 상승할 수 있다.
그리고, 상기 샤워헤드(134)는 상기 기판(10)의 일 영역에서 다른 영역으로 이동할 수 있다. 이는 상부 패널(132)과 연결된 이동부재(135)를 통해 샤워헤드(134)가 이동할 수 있으며, 이동 방향은 도시된 바와 같이, 'ㄹ'자로 y축 방향으로 왕복하면서 x축 방향으로 이동할 수 있다. 이동방향은 한정하지는 않는다.
또한, 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하며 하부 패널을 갖는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 결합되어 상기 기판 상으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부;
    상기 기판을 지지하고 가열하기 위하여 상기 공정 챔버 내에 배치되며 평판 형태를 갖는 히터;
    상기 히터의 중앙 부위를 지지하는 서포트 부재; 및,
    상기 히터의 가장자리 부위들에 결합되어 상기 히터의 가장자리 부위들을 수직 방향으로 지지하며 상기 하부 패널 상에서 수직 방향으로 운동하는 운동봉들을 포함하고,
    상기 운동봉들은 상기 히터의 가장자리 부위의 4곳에 각각 형성되며, 제1 운동봉이 수직방향으로 상승하는 경우, 이와 대각선으로 마주보는 운동봉은 수직방향으로 하강하는 CVD 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 운동봉은 상기 히터의 가장자리 부위에 결합되는 CVD 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급부와 접하는 상부 패널;
    상기 상부 패널과 접하는 이동 부재; 및,
    상기 이동 부재를 통해 상기 상부 패널과 연결되는 샤워 헤드;를 더 포함하는 CVD 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이동 부재는 상기 상부 패널을 따라 'ㄹ'자 형상으로 이동하는 CVD 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 운동봉과 접하는 운동봉은 일정한 높이로 유지되거나, 상호 동일한 폭으로 상승 또는 하강하는 CVD 장치.
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